Credito: Sensori ACS (2020). DOI:10.1021/acssensors.9b02318
Un dispositivo rilevatore integrato potrebbe costituire la base di una rete di sensori distribuiti per la qualità dell'aria.
La progettazione di un sensore elettronico che emette l'allarme se i gas tossici industriali e di scarico dei veicoli superano i livelli di sicurezza potrebbe portare a un'aria più pulita in molte città. I ricercatori KAUST hanno sviluppato un piccolo, dispositivo a basso costo che rileva il biossido di azoto (NO 2 ); potrebbe essere implementato in potenziali hotspot intorno alle città, allertare le autorità se i livelli del gas nocivo iniziano a salire.
NO . più esistente 2 i rilevatori sono grandi, macchine complesse adatte all'uso in laboratorio, considerando che il nuovo dispositivo compatto è progettato per far parte di una rete distribuita di sensori di qualità dell'aria. "Il nostro sensore mostra una sensibilità e una selettività molto elevate per NO 2 , funziona a temperatura ambiente e ha un consumo energetico molto basso, "dice Mani Vijjapu, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Khaled Salama, che ha condotto la ricerca.
Però, il più grande vantaggio rispetto ai progetti precedenti è che il rilevatore di gas riunisce tutti i componenti necessari per il rilevamento e l'elaborazione del segnale in un semplice, sistema completamente integrato, dice Vijjapu. Nonostante la sua semplicità, il segnale di uscita del dispositivo varia in base a NO 2 concentrazione.
Le elevate prestazioni del rilevatore di gas, basso consumo energetico e design completamente integrato derivano tutti dal NO 2 -sensing transistor a film sottile al centro del dispositivo. I sensori precedenti utilizzavano ossidi metallici sensibili all'NO 2 solo se riscaldato o irradiato continuamente con la luce. Questa volta, il team ha utilizzato un semiconduttore chiamato ossido di zinco indio gallio (IGZO). "Come sensore di gas, il transistor a film sottile basato su IGZO ha molteplici vantaggi, "dice Sandeep Surya, un ricercatore post-dottorato nel team di Salama.
Il transistor a film sottile IGZO funge sia da componente elettronico del dispositivo che da NO 2 -strato di rilevamento. Il NO . che accetta fortemente gli elettroni 2 la molecola viene attratta dagli elettroni sulla superficie del transistor. Più NO 2 molecole che aderiscono all'IGZO, più elettroni vengono impoveriti dalla sua superficie, alterando la sua uscita elettronica e innescando un NO 2 avviso di rilevamento.
Dopo un evento di rilevamento, il sensore viene ripristinato ravvivando lo strato IGZO con la luce di un LED blu integrato. Simile a una cella solare, la luce genera elettroni caricati negativamente e buchi caricati positivamente nell'IGZO, che neutralizza il NO . adsorbito 2 e lo rilascia dalla superficie. "Questo è il primo studio per ottenere il rilevamento e la rinascita di un sensore a transistor a film sottile a base di ossido di metallo semiconduttore a temperatura ambiente, "dice Surya.
"Il prossimo passo è tradurre la nostra ricerca in un prototipo e forse anche in un prodotto, lavorando con l'industria, " Salama dice. "Siamo anche interessati ad esplorare altri materiali per rilevare altri gas pericolosi nell'ambiente".
